17 fevereiro 2018

Onde Colocar a Inteligência?



A Internet das Coisas implica em: coletar quantidades gigantescas de dados, transmitir estes dados a alguma central de processamento, processá-los e inferir ações baseadas no processamento destes dados. Na verdade, este é o conceito básico de qualquer sistema de controle.

Em sistemas de automação residencial mais antigos, o processamento é feito em uma central que se encontra no mesmo ambiente dos sensores e atuadores. Com a melhoria do acesso à Internet e com a grande capacidade computacional disponível nos servidores da Internet, começou a aparecer a oportunidade de se usar os conceitos de Internet das Coisas nos sistemas de automação residencial.

Colocar parte do processamento na Nuvem permite baixar os custos de equipamentos, aumentar a capacidade de “inteligência”, trabalhar dados historicamente e integrar o sistema a outros fornecedores de dados.

Contudo, depender apenas do processamento na chamada Nuvem impõe alguns problemas e riscos: o tempo de resposta depende da performance da comunicação com a Nuvem; a perda da conectividade interrompe todo o processamento.

Portanto, a solução é dividir a responsabilidade de processamento entre os servidores na Nuvem e as centrais locais.

E é este o caminho que os sistemas de automação residencial têm seguido, seja nas arquiteturas mais tradicionais, expandindo a oferta de inteligência através do uso do processamento na Nuvem, seja nas soluções mais “modernas” onde o sistema é composto por dispositivos “inteligentes” onde um deles é “mestre” e a Nuvem a grande condutora do processo como um todo.

Muito se discute sobre esta divisão de processamento, buscando definir limites mais claros para cada lado, bem como entendendo as vantagens e desvantagens envolvidas. Estes tipos de processamento já até ganharam seus nomes em inglês: Cloud Computing (computação na Nuvem) para o processamento nos servidores da Internet, e Edge Computing (Computação na Borda) para o processamento local (esta tradução para Edge Computing ainda não está generalizada).

Então, vamos entender um pouco mais de tudo isso.

Primeiramente, vamos entender o que seria a borda. Considere como Borda tudo aquilo que está no mesmo local que o gerador de dados. Um sensor IoT está na borda; um gateway ou central que esteja junto aos sensores e atuadores é parte da borda. De certa forma, tudo que tem um local físico definido e que esteja na mesma localização física de onde os dados são coletados, faz parte da Borda.

Computação na Borda é, então, todo o processamento que ocorre no mesmo local físico onde estão estes sensores, atuadores ou outros equipamentos relacionados com o sistema.

Mas este conceito não é novo. É, na verdade, onde todo sistema de controle começa, seja na indústria ou na sua residência. Então, o que a IoT está chamando de Computação na Borda só tem de novidade o nome.

E o que seria computação na Nuvem? De forma simples, seria toda computação de um sistema que não esteja sendo feita na Borda...

Expandindo este conceito, as plataformas na Nuvem processam dados que não lhe pertencem, pois não foram obtidas por estas plataformas. Quem os coletou foram os sistemas de Borda, que então os transmitiu para a plataforma. Como consequência, saber onde ficam estes servidores é irrelevante, daí o conceito de Nuvem, indicando que por trás da Nuvem existe uma capacidade computacional, mas que não é relevante sabermos onde fica ou exatamente o que seja.

Fica cada dia mais claro que a solução para a Internet das Coisas, seja na Casa Inteligente, seja nas gigantescas plantações, é o uso equilibrado de ambas as formas de computação.

Obviamente, uma solução baseada apenas na Nuvem tem seus atrativos. Em princípio, é um sistema mais simples de ser concebido e mantido: colocar no campo apenas sensores responsáveis por coletar e transmitir dados torna a tarefa mais fácil e, incialmente, mais econômica.

Gerir toda a aplicação diretamente na Nuvem também facilita a manutenção e o gerenciamento do sistema como um todo.

Contudo, há alguns pontos onde a computação na Nuvem deixa a desejar, o que nos leva a considerar a incluir Computação na Borda como necessária em qualquer arquitetura de sistema IoT.

Um desses pontos é a chamada latência, que podemos definir como o tempo que leva para a informação ser coletada, processada e a ação consequente deste processamento ser comandada e obedecida pelo atuador no campo.

Aqui precisamos nos preocupar com duas coisas: variabilidade dos tempos e validade das informações.

Todo sistema apresenta latência. Mesmo um sensor leva um determinado tempo entre o momento de variação de alguma grandeza sendo medida e o tempo para transformar esta grandeza em um dado digital e deixá-lo disponível para alguém usar. Se estes tempos são conhecidos e fixos, desde que não muito altos, as lógicas que processam estas informações podem levar em conta este tempo. Contudo, se temos latências variáveis as informações coletadas podem perder sua validade se estes tempos forem superiores a um determinado limite.

Se pensarmos no Carro Autônomo, é claro que as latências têm que ser a menores possíveis e alguns dos dados obtidos dos sensores tem uma validade muito curta, que pode ser medida em milissegundos.  Fica claro que o Carro Autônomo não pode depender apenas da computação na Nuvem.

O processamento na Borda é uma forma de controlar e conhecer as latências, posto que mesmo que as informações devam ser passadas de um sensor a uma central local, as formas de comunicação são conhecidas e controladas, garantindo a validade das informações.

Então, processamentos que precisam ser executados em tempo real, ou perto disso, devem ser obrigatoriamente tratados pela computação na Borda.

Já processamentos que dependam de análises históricas de dados, de informações de terceiros ou de algoritmos muito complexos devem ser processados na Nuvem.

Outro ponto a considerar, tanto tecnologicamente quanto comercialmente, é o volume de dados que deve ser transmitido dentro de um certo intervalo de tempo. Grosseiramente, estamos falando de largura de banda e volume de dados.

Ao termos todo o processamento sendo feito na Nuvem, esta deve receber todos os dados dos sensores de forma crua, sem nenhum tratamento na Borda (já que estamos supondo a computação na Borda inexistente). Mesmo que os dados de um determinado sensor sejam simples, como apenas a informação da temperatura ambiente, cada transmissão desta informação até a Nuvem vai consumir um determinado pedaço da largura da banda e do volume de dados. Se lembrarmos que muito provavelmente uma grande parte do que é transmitido pelo sensor é apenas informação gerencial (quem sou, como estou, em que instante coletei este dado, sim eu posso falar com você, a senha para falar com você é XXX, etc.), vemos um certo desperdício se temos que repetir este “protocolo” de comunicação a cada transmissão. E consumir banda e volume significa contratos mais caros com as operadoras responsáveis pelas redes de comunicação do sistema em questão.

Agora, se eu tenho uma certa capacidade de processamento na Borda, seja diretamente no sensor ou em algum gateway local, podemos otimizar este processo. A computação na Borda se responsabiliza pela coleta dos dados do sensor e faz a primeira validação quanto ao estado do sensor. A inteligência local pode também acompanhar a variação da temperatura e avisar a Nuvem apenas quando a variação for, digamos superior a 1 grau. E isto provavelmente acontecerá apenas umas 20 vezes por dia.

Adicionalmente, lógicas mais simples com pertinência local podem ser executadas pela computação na Borda. Comandos de ligar ou desligar aparelhos de ar condicionado conforme a temperatura medida pelo sensor não precisam ser processados na Nuvem.

Como já inferido anteriormente, outro aspecto que valoriza a computação na Borda é a confiabilidade do sistema. Ter as lógicas críticas processadas localmente elimina os riscos de falha com a perda da comunicação com os servidores na Nuvem (comunicação que depende de terceiros na vasta maioria dos casos).

Um outro ponto que mostra o valor da computação na Borda é a chamada propriedade da informação. Ao se projetar sistemas que tenham capacidade de processamento local é possível garantir que o processamento pontual de informações sensíveis ao usuário ou cliente sejam feitas localmente, não enviando à Nuvem informações que possam ser consideradas sigilosas ou de valor a terceiros.

Fica claro, consequentemente, que o balanço entre o processamento na Nuvem e na Borda é a melhor solução, tanto tecnologicamente quanto comercialmente. O ponto de equilibro depende, obviamente, de cada aplicação e deve ser definida considerando os conceitos acima e também outros mais específicos relacionados aos desafios impostos pelo usuário, pela localidade e pela legislação.

E como aplicaríamos isso à Automação Residencial?

Primeiramente temos que considerar duas realidades: sistemas que nasceram antes da computação na Nuvem e sistemas que estão nascendo dentro desta nova realidade de Internet das Coisas.

Os sistemas existentes já com contam a computação na Borda, através de centrais locais, ou até através da capacidade de processamento distribuída pelos seus dispositivos locais. Estes sistemas também já possuem uma porta de comunicação com a Internet, posto que seus aplicativos móveis precisam se comunicar com a sua central local mesmo quando o usuário está fora da sua residência.

Para estes sistemas, o caminho natural é conceber novas capacidades e inteligências que possam funcionar na Nuvem. Funcionalidades gerenciais ou que dependam de análise de dados ao longo do tempo são as possiblidades mais fáceis de serem implementadas. Um passo adicional seria a integração com outros sistemas (sistemas de alarme e vigilância, por exemplo) ou com serviços disponíveis na Internet (como previsão de tempo), tornando o sistema parte de um universo maior.

Já para os sistemas que estão por vir, a oportunidade de se conseguir um equilíbrio entre os dois tipos de processamento é uma ótima forma de maximizar a oferta de recursos, minimizando investimentos por parte do cliente, e fidelizando-o através da prestação de serviços continuada.

Em resumo, o balanço entre os métodos de computação é uma realidade que todos os fornecedores de sistemas de automação residencial devem implementar em seus sistemas. Caso não o façam, com certeza não oferecerão a mesma gama de valor que seus concorrentes que optaram pelo uso de ambos métodos.

11 fevereiro 2018

Uma Solução Para Casas Inteligentes a Caminho?


Temos hoje uma série praticamente infinda de soluções para a Casa Inteligente, seja nos dispositivos acionadores de lâmpadas, tomadas e similares, seja nas centrais de controle suas interfaces com o usuário.

Temos termostatos, lâmpadas, tomadas, geladeiras, sistemas de irrigação, fogões, e mais uma série de dispositivos que podem ser controlados remotamente.

Temos a Alexa, a Nest, a Smartthings, o Google Home, e mais uma coleção de produtos que se apresentam como centralizadores do controle, capazes de interagir com o usuário de várias formas e de comandar uma série enorme de dispositivos inteligentes.

Mas, quando pensamos nestes centralizadores, vemos uma grande briga pela liderança do mercado e suas estratégias têm sido criar ecossistemas fechados, forçando o cliente a optar por uma solução em detrimento da outra.

Os fabricantes dos dispositivos inteligentes que devem ser comandados por estas centrais tentam ser compatíveis com o maior número possível, mas isto é um processo bastante caro e trabalhoso, pois ainda não há qualquer padronização que possa  simplificar o processo. Se eles querem pertencer a um determinado ecossistema, digamos o da Alexa, eles devem desenvolver em seus produtos os protocolos de integração e se certificarem junto à Amazon. E o processo se repete quando querem incluir a compatibilidade com outros fabricantes de centrais.

Como nem todos os fabricantes conseguem ser compatíveis com todas as centrais, o cliente deve tomar cuidado para não comprar produtos que não funcionarão com a central que ele escolheu.

Qual a solução óbvia para isso? Existir uma padronização de compatibilidade onde o fabricante de dispositivos inteligentes precise desenvolver uma única “porta” de compatibilidade que serviria a todas as centrais, deixando o fabricante da central com a responsabilidade de se diferenciar pelo que oferece de facilidades e funcionalidades independentemente dos dispositivos inteligentes aos quais se conecte.

Porém, como não é isso que acontece no mundo dos gigantes da tecnologia, fica um vácuo que pode ser aproveitado melhor por outros.

A empresa que apresentar uma solução que integre a maioria dos dispositivos inteligentes no mercado e que apresente um produto que “convide” o usuário a usá-lo pela facilidade e pela riqueza de funcionalidades tem uma grande chance de preencher este vácuo e ser definida como a nova padronização do mercado.

Recentemente apareceu um candidato que, se bem que o produto não esteja pronto ainda (mais uma daquelas que prometem mas não sabem se vão entregar), diz ter a solução em desenvolvimento.

É a americana Atmos, que está buscando investidores através do StartEngine, e que ainda não parece ter uma data clara de oferta ao mercado.

Mas, enfim, se não temos a solução para comprar, pelo menos temos empresas interessadas em conceituá-las.

A Atmos está apresentando uma solução composta de três produtos: o Atmos propriamente dito, o Atmos Expand e o Atmos Surround.

A descrição a seguir do que poderá ser o Atmos e seus produtos foi retirado do site, que, obviamente, não tem informações detalhadas. Minha ênfase aqui é no conceito mais que no produto em si.

O Atmos é (ou será) uma central em formato de tablet, que poderá ser instalado na parede ou mesmo deixado livre em cima da mesa. Vários deles poderão ser espalhados pela residência, permitindo o controle dos dispositivos a partir de vários locais. Não ficou claro se eles trabalharão em paralelo ou se será necessário segregar os dispositivos por central Atmos.

Este “tablet” será capaz de se comunicar via WiFi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave e infravermelho; terá incorporado microfone, alto-falantes e câmera; oferecerá uma interface com o usuário única, independente do produto sendo controlado. E, obviamente, aceitará comandos de voz.
Com este conjunto de protocolos, o Atmos se diz integrado com uma enorme quantidade de fabricantes de dispositivos. Veja o quando abaixo:


Um outro produto dentro desta solução é o Atmos Expand, em resumo um comando de circuitos de iluminação (interruptor inteligente). Ele aparentemente se conectará a circuitos existentes, permitindo tanto o controle local quanto pela central Atmos. Ele também poderá ser usado como uma interface simplificada do próprio Atmos, eliminando a necessidade de ter uma central em cada ambiente.

Existe uma informação no site que é interessante e preocupante. Diz lá que o Expand pode se comunicar com a central Atmos mesmo com a perda da rede WiFi, sem utilizar qualquer tipo de comunicação sem fio, pela utilização de uma interface proprietária... lá se foi a compatibilidade e integração com o resto do mundo!

Completando a linha de produtos, teremos o Atmos Surround, um alto-falante inteligente (mais um?). Diferentemente dos Alexa e similares, este alto-falante se conectará com a central Atmos enviando os comandos diretamente a ela. Terá ainda um touchscreen na sua parte superior para comandos dos dispositivos sendo controlados pelo Atmos.

Em resumo, uma solução conceitualmente interessante, aumentando em muito a integração disponível hoje no mercado e incluindo algumas funcionalidades novas e atraentes. É também interessante ver que existe mais de um produto na solução permitindo sua expansibilidade e presença em todos os ambientes da casa, a custos que deverão ser interessantes (nenhuma informação de preços ainda).

Resta saber se este produto chegará ao mercado. Poderá faltar dinheiro ou força de penetração. Poderá enfrentar alguns desafios técnicos que atrasariam sua entrada no mercado. Ou simplesmente a empresa poderá ser comprada por uma das grandes antes mesmo que o produto seja lançado. É esperar para ver.

Mas o que eu queria realmente chamar a atenção é que há muitos espaços vazios deixados pelas grandes fabricantes onde empresas menores (e porque não brasileiras) poderiam conquistar mercados significantes. Os desafios tecnológicos são poucos, a maioria dos aspectos técnicos já estão desenvolvidos e disponíveis no mercado. O grande segredo é conceber soluções e desenvolver produtos.

E, curiosamente, nem usaram os termos IoT ou Internet of Things na descrição da solução!

04 fevereiro 2018

Edifício Inteligente - Eu Quero Morar/Trabalhar em Um



A onda agora é tudo “Inteligente”; é Casa Inteligente, Edifício Inteligente, Cidade Inteligente, Carro Inteligente...

Mas, o que realmente significa essa “Inteligência”? e como ela se aplica ao Edifício Inteligente, nosso assunto deste post?

Não vou entrar nos detalhes técnicos envolvidos, mas podemos dizer que essa inteligência considera os seguintes fatores:
  • Precisamos de dados vindos diretamente da coisa inteligente, seja ela uma casa ou um edifício. Isto significa que, obrigatoriamente, esta coisa precisa ter sensores nos enviando esses dados. Podemos estar falando de sensores de temperatura, de presença, de luminosidade, de nível de reservatórios de água, entre tantos.
  • Precisamos de dados vindos do ambiente onde esta coisa se encontra, e estes dados normalmente são fornecidos por sensores de outras coisas inteligentes. Um exemplo seria o uso dos sensores de luminosidade da iluminação pública para “saber” que há nuvens cobrindo o sol a uns 500 metros de distância e vindo em sua direção.
  • Precisamos de formas de atuar sobre a coisa inteligente. Isso pode ser feito através de equipamentos comandando a iluminação, os aparelhos de ar condicionado, as cortinas, as fechaduras, as bombas de água...
  •  Precisamos da inteligência. Esta pode ser dividida em três partes:

o   A chamada Inteligência Local, que está localizada dentro da coisa inteligente, dependendo apenas de redes de comunicação internas. Essa inteligência será responsável pelas ações imediatas, pré-programadas, como regular a iluminação conforme informações de seus sensores de luminosidade.

o   A chamada Inteligência na Nuvem, localizada com algum provedor de serviços na Nuvem. Esta parte é responsável por receber os dados da coisa inteligente, buscar os dados complementares de terceiros, como serviços de meteorologia ou avisos de disponibilidade de energia elétrica vindos da distribuidora. Esta inteligência transforma estes dados em informação e a usa para coordenar as ações globais, incluindo a passagem de instruções para a Inteligência Local, a interação com os usuários e a apresentação de informações gerenciais para auxílio à tomada de decisões por parte dos gestores da coisa inteligente.

o   A chamada Inteligência Artificial, também localizada em uma plataforma na Nuvem. Esta parte é responsável por observar, aprender, “inferir” e redefinir objetivos. Ela acompanha as informações vindas da coisa inteligente ao longo do tempo e as analisa, visando detectar comportamentos repetitivos e assim poder prevê-los. Um exemplo dentro de um edifício seria “entender” que mesmo os funcionários em home office (que vêm ao escritório apenas quando querem) têm um comportamento previsível e costumam vir com mais frequência na última quinta-feira do mês. Com isto, a Inteligência Artificial pode prever e preparar a necessidade de maior consumo de ar condicionado, energia elétrica e até vagas no estacionamento.
A Inteligência Artificial também é muito útil para observar comportamentos fora de um padrão esperado, principalmente quando falamos de equipamentos elétricos como bombas e elevadores e, com essas informações determinara necessidade de manutenção preventiva.

Um exemplo da aplicação destes três níveis de inteligência seria o caso do controle de luminosidade de dentro de um refeitório. A Inteligência Local, utilizando as informações de sensores de presença e de luminosidade, comandaria a iluminação conforme a presença de pessoas no ambiente. Com um pouco de esforço poderia até dividir o ambiente em zonas e comandar as zonas individualmente. Se alguém se dirigir a uma zona que está mal iluminada, a Inteligência Local acenderá as luzes desta zona.

Já a Inteligência na Nuvem fará o controle mais preciso da intensidade necessária conforme informações sobre a luminosidade externa e sobre a quantidade de pessoas presentes em cada zona, passando estas informações para a Inteligência Local comandar a iluminação com mais refinamento.

Já a Inteligência Artificial sabe, pois observou ao longo do tempo, a curva de ocupação do refeitório minuto a minuto e sabe prever o fluxo ao longo do dia. Assim, esta Inteligência coordena a iluminação de cada zona de acordo com a necessidade de momento, iluminando uma determinada zona apenas momentos antes de ser necessária, como que convidando os usuários a ocupar este espaço.  Mas também buscará otimizar a ocupação, instruindo a Inteligência Local a não iluminar uma determinada zona, mesmo que pessoas se dirijam a ela, enquanto houver espaços vazios nas áreas já iluminadas.

Tudo isso para falar sobre Edifícios Inteligentes. Mas porque queremos Edifícios Inteligentes? Com certeza há um investimento em tecnologia que precisa ser feito e este investimento precisa trazer um retorno financeiro, se não será muito difícil de se justificar.

Um dos principais focos para se investir em transformar um Edifício em Inteligente é aumentar sua eficiência energética, justificando o investimento pela redução de custos que pode ser obtida.

Mas há outros fatores que podem contribuir para aumentar os retornos tangíveis e não-tangíveis. As três maiores áreas são: segurança, custo operacional e rápida adequação às legislações e políticas de incentivo governamentais.

Depois do investimento feito e dos principais retornos financeiros e operacionais obtidos, há ainda várias áreas onde a “Inteligência” do Edifício pode ser usada, melhorando o gerenciamento dos ativos e do conforto de seus ocupantes.

Mas vejamos quais podem ser as principais tendências tecnológicas em Edifícios Inteligentes nos próximos anos:

Eficiência Energética
Tudo começou com algumas iniciativas localizadas, como a troca de lâmpadas de alto consumo por lâmpadas LED e a troca de equipamentos de ar condicionado velhos por novos e mais eficientes. Os investimentos eram fáceis de serem calculados e seus retornos, se não muito altos, eram de longa duração.

Mas agora é preciso dar passos mais tecnológicos. Aqui incluímos controle individual de cada ambiente, controle dinâmico de temperatura, ações antecipadas baseadas na previsão de ocupação, entre outros. Para que essas soluções sejam eficientes, haverá a necessidade mais sensores e mais fontes de dados para que as decisões possam ser tomadas mais eficientemente.

Redução de Custos Operacionais
Os Edifícios Inteligentes precisam ter uma infraestrutura de tecnologia da informação bastante complexa e o caminho natural é utilizar esta infraestrutura para também otimizar os custos operacionais, compartilhando recursos entre os vários setores, como segurança, operação de maquinário, atendimento ao usuário/cliente, análise de dados e gerenciamento.

Gerenciamento de Ativos
Incluímos aqui não apenas os ativos diretamente relacionados com a manutenção e operação de um edifício, mas também os relacionados com sua utilização como um negócio comercial. As câmeras de segurança podem também ser utilizadas para observar a utilização de espaços, dando informações que permitam a otimização de seu uso.

A coleta continua de informações sobre os principais equipamentos de um edifício, como os elevadores, portões elétricos e bombas de água permitirá a implantação de ferramentas de manutenção preventiva e preditiva, minimizando as perdas com equipamentos fora de funcionamento ou com manutenções corretivas, sempre mais caras e nem sempre bem feitas, devido à urgência da situação.

Novas Tecnologias Reduzindo o Custo dos Investimentos
As novas tecnologias como a Internet das Coisas e o desenvolvimento de sensores cada vez mais baratos incentivará o investimento em transformar pequenos e médios edifícios em Edifícios Inteligentes. O investimento será menor graças a estas tecnologias e os benefícios estarão ao alcance de um número maior de usuários.

Maior Conforto Significando Maior Produtividade
O controle mais preciso de grandezas como temperatura, umidade e luminosidade trarão maior conforto aos ocupantes do edifício e, como consequência já provada através de estudos, maior produtividade.

Integração com A Cidade Inteligente
Uma Cidade Inteligente fica mais inteligente e de forma mais rápida quando pode contar com um bom número de Casas e Edifícios Inteligentes. As informações poderão ser melhor integradas e as ações que a Cidade Inteligente precisará tomar em um determinado momento poderão incluir as Casas e Edifícios, aumentando sua eficácia e reduzindo seu custo para obter os resultados esperados.

Contribuição Social
Um Edifício que seja inteligente é também eficiente, maximizando os benefícios obtidos a partir dos recursos consumidos. É uma forma clara de contribuir com o meio ambiente e obter vantagens com isso.

Acredito ser o momento onde todos os envolvidos, sejam construtores, futuros proprietários, investidores ou governos, devem dar à inteligência de suas casas e edifícios o correto valor de um investimento que vale a pena por todos os retornos, tangíveis ou não, que obterão.